CN220360863U - 一种燃料电池的气水分离器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种燃料电池的气水分离器，包括：上壳体及下壳体，所述上壳体与下壳体之间通过若干个固定件连接，所述上壳体内设有分离腔及出气腔，所述下壳体内设有储水腔，所述分离腔、出气腔与储水腔三者相互贯通，所述上壳体设有与分离腔相连通的混合气进气口及混合气快排口，所述上壳体设有与出气腔相连通的分离气体出口，所述下壳体设有与储水腔相连通的排水口，所述分离腔内设有若干个引流片，若干个引流片到分离腔中心轴的垂直距离沿顺时针方向或逆时针方向呈递减设置，从而大大提高了气水分离器的工作效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及燃料电池领域，尤其涉及一种燃料电池的气水分离器。
背景技术
在燃料电池系统中，为了提高氢气的利用率，会将氢气系统出口端排出的尾气重新输入氢气输入端。然而，在燃料电池系统的运行过程中阴极发生的电化学半反应产生水，水通过两级间的离子交换膜渗透到阳极，导致电堆阳极排出的尾气中也会存在产物水和加湿水。如果让电堆阳极排出的尾气直接参与循环，会导致电堆发生水淹现象，减小燃料电池实际参与工作的活化面积，使燃料电池的性能和寿命降低。因此，需要在燃料电池电堆的氢气出口端安装气水分离器，分离并收集阳极尾气中的水，同时将分离出的氢气重新送入电堆参与反应。
常见的气水分离器结构包括分离室与储水容器，混合气进入分离室后做螺旋流动向下倾斜式运动，夹杂在旋转气体中液态水由于速度降低，在离心力的作用下从气体中分离出来，聚集在分离室的内壁上，随后在自身重力的作用下流入储水容器中。现有技术CN217247922U中公开了一种用于燃料电池的气水分离器，利用螺旋叶片引导螺旋流动实现一级分离，再利用透气疏水层对液态水的阻力作用实现二级分离。该种结构的气水分离器的缺陷在于：1、螺旋叶片结构比较复杂，增加了制造成本及制造难度；2、疏水膜在长时间的使用后分水的能力会降低。
因此，有必要提供一种解决上述技术问题的燃料电池的气水分离器。
实用新型内容
为解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种可提高分离效率的燃料电池的气水分离器。
为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：一种燃料电池的气水分离器，包括：上壳体及下壳体，所述上壳体与下壳体之间通过若干个固定件连接，所述上壳体内设有分离腔及出气腔，所述下壳体内设有储水腔，所述分离腔、出气腔与储水腔三者相互贯通，所述上壳体设有与分离腔相连通的混合气进气口及混合气快排口，所述上壳体设有与出气腔相连通的分离气体出口，所述下壳体设有与储水腔相连通的排水口，所述分离腔内设有若干个引流片，若干个引流片到分离腔中心轴的垂直距离沿顺时针方向或逆时针方向呈递减设置。
优选地，本实用新型中的一种燃料电池的气水分离器进一步设置为：所述分离腔与出气腔相邻设置，所述分离腔与出气腔两者之间通过隔板隔开。
优选地，本实用新型中的一种燃料电池的气水分离器进一步设置为：所述隔板与上壳体一体成型。
优选地，本实用新型中的一种燃料电池的气水分离器进一步设置为：所述引流片呈平板状或波形板状设置，且与上壳体的顶面相垂直。
优选地，本实用新型中的一种燃料电池的气水分离器进一步设置为：所述引流片与分离腔腔壁的连接处与分离腔的中心轴所形成的面为半径面，所述引流片与其所对应的半径面之间形成夹角。
优选地，本实用新型中的一种燃料电池的气水分离器进一步设置为：每相邻的两个引流片的夹角差为4°。
优选地，本实用新型中的一种燃料电池的气水分离器进一步设置为：所述上壳体与下壳体之间设有密封圈，所述上壳体和/或下壳体设有与密封圈相配合的密封圈槽。
优选地，本实用新型中的一种燃料电池的气水分离器进一步设置为：所述排水口与排水阀相连。
优选地，本实用新型中的一种燃料电池的气水分离器进一步设置为：所述混合气快排口与排气阀相连。
优选地，本实用新型中的一种燃料电池的气水分离器进一步设置为：所述下壳体为一体成型结构。
与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：本实用新型通过对若干个引流片的布局进行改进，使得若干个引流片到分离腔中心轴的垂直距离沿顺时针方向或逆时针方向呈递减设置，则混合气做螺旋流动的半径也逐渐减小，由于混合气所受离心力与螺旋流动的半径成反比，因此混合气在螺旋向下的每个运动周期内所受的离心力都在逐渐变大，因此大大提高了气水分离器的工作效率。
附图说明
图1为本实用新型中气水分离器的外部结构示意图。
图2为本实用新型中气水分离器的剖视结构示意图。
图3为本实用新型中上壳体的结构示意图。
图4为本实用新型中上壳体另一个角度的结构示意图。
图5为本实用新型中六个引流片的排布结构示意图。
图1至图5中：1、上壳体，10、分离腔，11、出气腔，12、隔板，13、混合气进气口，14、混合气快排口，15、分离气体出口，16、顶面，2、下壳体，20、密封圈槽，21、储水腔，22、排水口，3、密封圈，100、第一引流片，1000、第一半径面，101、第二引流片，1010、第二半径面，102、第三引流片，1020、第三半径面，103、第四引流片，1030、第四半径面，104、第五引流片，1040、第五半径面，105、第六引流片，1050、第六半径面，106、中心轴。
a、第一引流片到分离腔中心轴的垂直距离；
b、第二引流片到分离腔中心轴的垂直距离；
c、第三引流片到分离腔中心轴的垂直距离；
d、第四引流片到分离腔中心轴的垂直距离；
e、第五引流片到分离腔中心轴的垂直距离；
f、第六引流片到分离腔中心轴的垂直距离；
α角、第一引流片与第一半径面之间所形成的夹角；
β角、第二引流片与第二半径面之间所形成的夹角；
γ角、第三引流片与第三半径面之间所形成的夹角；
δ角、第四引流片与第四半径面之间所形成的夹角；
ε角、第五引流片与第五半径面之间所形成的夹角；
ζ角、第六引流片与第六半径面之间所形成的夹角。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本实用新型所述的一种燃料电池的气水分离器作进一步的详细描述。
参图1至图5所示，一种燃料电池的气水分离器，包括：上壳体1及下壳体2，所述上壳体1与下壳体2之间通过若干个固定件（未图示）连接，所述上壳体1与下壳体2之间设有密封圈3，从而使得气水分离器具有良好的密封性能，在本实施方式中，所述固定件为螺栓及螺母，所述下壳体2设有与密封圈3相配合的密封圈槽20，当然在其他的实施方式中，所述密封圈槽20也可以设置于上壳体1上或同时设置于上壳体1跟下壳体2上，均可实现本实用新型。
所述上壳体1内设有分离腔10及出气腔11，所述分离腔10与出气腔11相邻设置，所述分离腔10与出气腔11两者之间通过隔板12隔开，所述隔板12与上壳体1一体成型。所述下壳体2也为一体成型结构，在本实施方式中，所述上壳体1与下壳体2分别通过铸造一体成型。所述下壳体2内设有储水腔21，所述分离腔10、出气腔11与储水腔21三者相互贯通，所述上壳体1设有与分离腔10相连通的混合气进气口13及混合气快排口14，所述混合气进气口13设置于上壳体1的一侧，所述混合气快排口14设置于上壳体1的顶部。所述混合气快排口14与排气阀（未图示）相连。所述上壳体1设有与出气腔11相连通的分离气体出口15，所述下壳体2设有与储水腔21相连通的排水口22，所述排水口22与排水阀（未图示）相连。所述分离腔10内设有六个引流片（分别为第一引流片100、第二引流片101、第三引流片102、第四引流片103、第五引流片104及第六引流片105），在本实施方式中，每个引流片均呈平板状设置，且均与上壳体1的顶面16相垂直，当然在其他的实施方式中，所述引流片也可呈波形板状设置，所述第一引流片100到分离腔10中心轴106的垂直距离为a，所述第二引流片101到分离腔10中心轴106的垂直距离为b，所述第三引流片102到分离腔10中心轴106的垂直距离为c，所述第四引流片103到分离腔10中心轴106的垂直距离为d，所述第五引流片104到分离腔10中心轴106的垂直距离为e，所述第六引流片105到分离腔10中心轴106的垂直距离为f，在本实施方式中，a、b、c、d、e、f沿顺时针方向呈递减设置，当然在其他的实施方式中，a、b、c、d、e、f沿逆时针方向呈递减设置，也可以实现本实用新型。所述第一引流片100与分离腔10腔壁的连接处与分离腔10的中心轴106所形成的面为第一半径面1000，所述第一引流片100与第一半径面1000之间所形成的夹角为α角，在本实施方式中，所述α角为40°。所述第二引流片101与分离腔10腔壁的连接处与分离腔10的中心轴106所形成的面为第二半径面1010，所述第二引流片101与第二半径面1010之间所形成的夹角为β角，在本实施方式中，所述β角为36°。所述第三引流片102与分离腔10腔壁的连接处与分离腔10的中心轴106所形成的面为第三半径面1020，所述第三引流片102与第三半径面1020之间所形成的夹角为γ角，在本实施方式中，所述γ角为32°。所述第四引流片103与分离腔10腔壁的连接处与分离腔10的中心轴106所形成的面为第四半径面1030，所述第四引流片103与第四半径面1030之间所形成的夹角为δ角，在本实施方式中，所述δ角为28°。所述第五引流片104与分离腔10腔壁的连接处与分离腔10的中心轴106所形成的面为第五半径面1040，所述第五引流片104与第五半径面1040之间所形成的夹角为ε角，在本实施方式中，所述ε角为24°，所述第六引流片105与分离腔10腔壁的连接处与分离腔10的中心轴106所形成的面为第六半径面1050，所述第六引流片105与第六半径面1050之间所形成的夹角为ζ角，在本实施方式中，所述ζ角为20°。所述α角、β角、γ角、δ角、ε角、ζ角呈4°递减关系（即每相邻的两个引流片的夹角差为4°）。
本实用新型中气水分离器的工作原理为：混合气从上壳体1的混合气进气口13进入到气水分离器的分离腔10内，混合气在引流片的作用下做螺旋向下流动，由于本实用新型中六个引流片到分离腔10中心轴106的垂直距离沿顺时针方向呈递减设置，因此混合气做螺旋流动的半径也逐渐减小，由于混合气所受离心力与螺旋流动的半径成反比，因此混合气在螺旋向下的每个运动周期内所受的离心力在逐渐变大（每个运动周期内混合气在分离腔10中依次碰撞第一引流片100、第二引流片101、第三引流片102、第四引流片103、第五引流片104及第六引流片105），从而提高了气水分离器的分离效率，混合气中比重较大的液态水在离心力的作用下与分离腔10的腔壁相碰撞并附着在腔壁上，然后在自身重力的作用下向下流入下壳体2的储水腔21中并最终通过下壳体2底部的排水口22排出，分离后的气体进入上壳体1的出气腔11并最终通过上壳体1顶部的分离气体出口15排出，本实用新型中设置于上壳体1上方的混合气快排口14的作用为：由于混合气中夹杂着氮气等惰性气体，惰性气体积聚的话电堆功率会受到影响，因此当气水分离器不工作时通过开启混合气快排口14可快速排出分离腔10内的混合气。
上述的实施例仅例示性说明本实用新型创造的原理及其功效，以及部分运用的实施例，而非用于限制本实用新型；应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种燃料电池的气水分离器，其特征在于：包括：上壳体及下壳体，所述上壳体与下壳体之间通过若干个固定件连接，所述上壳体内设有分离腔及出气腔，所述下壳体内设有储水腔，所述分离腔、出气腔与储水腔三者相互贯通，所述上壳体设有与分离腔相连通的混合气进气口及混合气快排口，所述上壳体设有与出气腔相连通的分离气体出口，所述下壳体设有与储水腔相连通的排水口，所述分离腔内设有若干个引流片，若干个引流片到分离腔中心轴的垂直距离沿顺时针方向或逆时针方向呈递减设置。
2.如权利要求1所述的一种燃料电池的气水分离器，其特征在于：所述分离腔与出气腔相邻设置，所述分离腔与出气腔两者之间通过隔板隔开。
3.如权利要求2所述的一种燃料电池的气水分离器，其特征在于：所述隔板与上壳体一体成型。
4.如权利要求1所述的一种燃料电池的气水分离器，其特征在于：所述引流片呈平板状或波形板状设置，且与上壳体的顶面相垂直。
5.如权利要求4所述的一种燃料电池的气水分离器，其特征在于：所述引流片与分离腔腔壁的连接处与分离腔的中心轴所形成的面为半径面，所述引流片与其所对应的半径面之间形成夹角。
6.如权利要求5所述的一种燃料电池的气水分离器，其特征在于：每相邻的两个引流片的夹角差为4°。
7.如权利要求1所述的一种燃料电池的气水分离器，其特征在于：所述上壳体与下壳体之间设有密封圈，所述上壳体和/或下壳体设有与密封圈相配合的密封圈槽。
8.如权利要求1所述的一种燃料电池的气水分离器，其特征在于：所述排水口与排水阀相连。
9.如权利要求1所述的一种燃料电池的气水分离器，其特征在于：所述混合气快排口与排气阀相连。
10.如权利要求1所述的一种燃料电池的气水分离器，其特征在于：所述下壳体为一体成型结构。
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